книги из ГПНТБ / Дзугутов, М. Я. Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением

зоны заготовки и возможности образования внутренних разрывов.

Для уменьшения возможности образования внутрен­ них продольных разрывов, ориентированных нормально к граням заготовки (см. рис. 64), следует однозначные или единичные обжатия задавать величиной более Д/г (см. рис. 65, в) с применением подач в пределах 0,6— 0,8.

Механизм течения и деформация металла при рубке

Процесс кузнечной рубки горячего металла топором основан ма законах неравномерности деформации подоб­ но другим кузнечным операциям.

Успешное выполнение этой важной кузнечной опера­ ции возможно при следующих условиях:

материал, принятый для изготовления топора, должен обладать сопротивлением деформации, значительно пре­ вышающим сопротивление деформации материала раз­ рубаемой заготовки при температуре рубки и, кроме то­ го, обладать достаточной пластичностью;

форма топора должна соответствовать принятой. О со­ бенно это относится к его режущей кромке;

перед началом рубки топор должен быть правильно установлен на заготовке.

С самого начала внедрения топора в металл заготов­ ки под его рабочей (режущей) кромкой должен образо­ ваться конус затрудненной деформации, как показано на рис. 73 (конус б). Образовавшийся конус далее не разру­ шается до окончания рубки и в процессе внедрения топо­ ра в металл конус движется впереди него как посторон­ нее тело и выдавливает металл из зоны, расположенной под топором. На находящийся под конусом металл дейст­ вуют значительные сжимающие напряжения, под дейст­ вием которых металл выдавливается в стороны, с помо­ щью горизонтальных составляющих Р г и нормально к ним, вдоль топора, к боковым поверхностям заготовки. Всю эту сложную роль конус затрудненной деформации выполняет, сохраняя свои режущие качества и не разру­ шаясь до окончания процесса рубки. На рис. 74 показана зона рубки заготовки, в которой сохранился конус за­ трудненной деформации до окончания рубки.

Состояние металла, выдавливаемого при рубке на бо­ ковые поверхности заготовки, может качественно харак­

130

теризовать пластичность металла, т. е. чем меньше плас­ тичность металла, тем в большей степени выдавливаемый металл поражен мелкими разрывами. Кроме того, чем меньше пластичность металла заготовки, тем раньше отделяется конус затруднен­ ия ной деформации от разрубае­ мой заготовки. В случае высо­ кой пластичности металла ко­ нус не отделяется от металла

заготовки, несмотря на большой путь, проходимый им от начала до окончания рубки.

При правильной форме топора, наличии плоской фор­ мы его рабочей кромки и острых углов достигается устой­ чивое положение конуса затрудненной деформации на всем протяжении процесса рубки. В этом случае процесс рубки выполняется за счет конуса в то время, как сам топор является лишь передатчиком внешней силы от верхнего бойка на зону б. Если же нарушена правильная форма топора и особенно его рабочей кромки, то нару­ шается возможность образования конуса затрудненной деформации б, исключается нормальное движение топо­ ра и возможность рубки. Топор быстро становится непри­ годным для рубки заготовки, тем более если заготовка состоит из высоколегированной стали или сплава.

При правильной форме топора боковые поверхности его обычно не участвуют в разгонке металла в зоне рубки. Чаще всего между ними и заготовкой сохраняется не­ большой зазор, образованный благодаря выдавливанию металла конусом б в стороны за счет составляющих Р г

(см. рис. 73). Это позволяет легко вынимать топор на лю­ бой стадии рубки.

Для рубки труднодеформируемых сталей и сплавов I—V групп не следует применять топоры из обычных сталей. И х следует изготовлять из жаропрочных старе­ ющих материалов. Преимущество таких топоров состоит в том, что они не умягчаются в результате периодического нагревания горячим металлов и в то же время обладают достаточной прочностью и вязкостью. Опыт изготовления топоров из сплава ЭРІ437Б свидетельствует о том, что их можно применять при горячей рубке труднодеформиру­ емых сплавов.

Напряжения, деформация и разрывы при прошивке

На практике используют три способа прошивки по­ ковки:

1 Прошивка производится с помощью сплошного прошивеня на подкладном кольце с отверстием (рис. 75, а) , В этом случае металл, расположенный под прошнвенем, выдавливается в отверстие подкладного кольца. Чем меньше высота поковки, тем большая часть металла, рас­ положенного под прошнвенем, выдавливается из поковки; при малых толщинах поковки эта часть металла выдав-

Рис. 75. Виды прошивки поковки:

удалением металла под прошнвенем; в — прошивка сплошным прошивснем с радиальным течением металла и удалением лишь части металла

132

ливается из поковки полностью. Наоборот, по мере уве­ личения высоты поковки уменьшается объем металла, расположенного под прошивенем п удаляемого им из по­ ковки при его прошивке. В этом случае часть металла, расположенного под прошнвеием, подвергается радиаль­ ному истечению, т. е. металл движется нормально к на­ правлению движения прошивеня, и только другая часть объема металла уносится прошивенем и затем удаляется из поковки.

В процессе прошивки по прилагаемой схеме внутрен­ ние объемные растяжения практически отсутствуют. По контуру торцовой плоскости прошивеня действуют зна­ чительные скалывающие напряжения, которые и обуслов­ ливают удаление внутренней прошиваемой части поков­ ки с помощью механизма среза.

2. Прошивка производится с помощью пустотелого прошивеня с удалением объема металла, заключенного внутри такого прошивеня (рис. 75,6). Данный способ применяется, если высота поковки значительна и металл осевой зоны следует удалить полностью из-за наличия в нем тех или иных дефектов, недопустимых в изделиях или по другой причине.

В процессе прошивки по контурам прошивеня дейст­ вуют скалывающие напряжения, а отделение удаляемой части поковки происходит путем среза, как и в предыду­ щем случае.

3. Этот способ прошивки применяется в том случае, если необходимо удалить при прошивке минимальное ко­ личество металла. В этом случае применяют сплошной прошивень, а прошивка производится на бойке, без под­ кладного кольца. Большая часть объема металла осевой зоны поковки, расположенного под прошивенем в процес­ се движения поршня до конечного положения (рис. 75, в), выдавливается радиально в стороны, а удаляется лишь оставшаяся небольшая часть этого объема.

При таком способе с самого начала прошивки под плоскостью прошивеня образуется конус затрудненной деформации, состоящий из прошиваемого металла, кото­ рый движется впереди прошивеня и выдавливает в сто­ роны металл, находящийся под прошивенем. Таким об­ разом, при прошивке третьим способом происходит зна­ чительное радиальное течение металла, расположенного в осевой зоне поковки под движущимся прошивенем.

При значительной скорости прошивки может проис­

133

ходить разогрев металла поковки в зоне прошивки и его> перегрев. Наряду с этим интенсивное течение металла:

по схеме, приведенной на рис. 75, в, приводит к возник­ новению на внутренней поверхности полученного отвер­ стия тангенциальных напряжений положительного зна­ ка, а также к некоторому увеличению прошиваемого отверстия по сравнению с диаметром прошнвеня,' благо­ даря чему прошивень легко удаляется из поковки на разной стадии прошивки. Эти тангенциальные напряже­ ния могут приводить к образованию на прошитой по­ верхности поковки вертикальных разрывов, расположен­ ных периодически (рис. 75, в). Наличие разогрева ме­ талла и его перегрева в процессе прошивки дополни­ тельно увеличивает возможность образования таких разрывов, в первую очередь в ликвационных полосах, в которых перегрев и образование разрывов наступают избирательно раньше, чем в других участках.

Разрывы на внутренней поверхности прошиваемой поковки чаще образуются в случае, когда прошиваемые поковки состоят из высоколегированных сталей или сплавов, обладающих низкой температурой перегрева и большей склонностью к деформационному разогреву.Ча­ ще они образуются при прошивании поковок с большей высотой и реже в поковках с малой высотой.

Применение смазки при прошивании поковки (напри­ мер, графита, стеклосмазки) приводит к снижению воз­ можности образования разрывов. Этому же способству­ ет снижение скорости прошивки или подстуживание про­ шиваемой поковки в случае ее разогрева. Эти меры по­ зволяют снизить возможность образования разрывов при прошивке поковок из высоколегированных сталей и сплавов. Чистота и качество поверхности отверстия, по­ лучаемой после прошивки, зависит от качества поверх­ ности инструмента (прошивеня), его формы и состояния. При продолжительном процессе прошивки инструмент нагревается от горячего металла, что может привести к его деформированию и износу. В этом случае целесооб­ разно инструмент изготавливать из жаропрочного мате­ риала, сохраняющего свои высокие рабочие характерис­ тики при нагреве до 700—750° С.

134

Особенности образования внутренних продольных разрывов

В заготовках и поковках, имеющих круглую форму сечения, внутренние продольные трещины или разрывы целесообразно разделить на два вида.

К первому виду следует отнести внутренние продоль­ ные разрывы, обнаруживаемые в поперечных изломах и макрошлнфах круглых заготовок и поковок и имеющие форму креста (рис. 7 6 ,а). Трещины этого вида обычно расположены на фоне плотного металла, без видимых металлургических дефектов или мелких разрывов, поэ­ тому ковочный характер их происхождения очевиден. В поперечном макрошлифе форма таких трещин чаще всего совпадает с формой ковочного креста исходной квадратной заготовки. В продольном изломе поверхно­ сти трещины круглой заготовки (рис. 76, а, внизу) име­ ют также отшлифованную поверхность, как и трещины, образованные в квадратной заготовке (см. рис. 63).

Опытами установлено, что внутренние трещины пер­ вого вида образуются еще при ковке исходной квадрат­ ной заготовки, а при округлении и обкатке ее они лишь раскрываются и несколько увеличиваются в размере. Если округление квадрата и обкатку круга производить без возникновения внутренних радиальных растягиваю­ щих напряжений, то поверхности трещины оказываются плотно сжатыми, а размеры ее не увеличиваются.

Ко второму виду относят внутренние разрывы, обна­ руживаемые в поперечных макрошлифах круглых заго­ товок и не имеющие определенной формы (рис. 76, б ). Обычно наряду с крупными трещинами имеются и дру­ гие, более мелкие, часто не связанные между собой. В мо­ мент возникновения такие трещины или разрывы похо­ жи на обычные поры, а в дальнейшем некоторые из них увеличиваются 'до крупных разрывов. В продольном из­ ломе поверхность таких разрывов имеет кристалличе­ ское строение, свидетельствующее о нарушении сплош­ ности металла путем отрыва.

Н а поверхность заготовки разрывы выходят весьма

135

редко и преимущественно через ее торцовые поверх­

ности.

Существует определенная связь между состоянием торцовых поверхностен заготовки п наличием в ней

Рис. 7G. Внутренние продольные разрывы в кованой заготовке круглого сечения:

■ а— первого вида, образующиеся при ковке исходной квадратной заго­ товки, до ее округления (вверху — поперечный излом, внизу — продоль­ ный излом); б — второго вида, образующиеся в процессе округления и обкатки заготовки в плоских бойках

136

внутренних разрывов. Внутренние разрывы в круглых заготовках сопровождаются образованием вогнутых тор­ цовых поверхностей. Размеры и количество их различ­ ны. Иногда разрывами бывает поражена вся осевая зо­ на заготовки. В этих случаях они выходят в торцы заго­

товки.

Выявить внутренние разрывы трудно, даже если раз­ меры их достаточно велнкп. Этого можно добиться путем выборочного контроля (разрезка нескольких зап> товок пли поковок от партии), контроля концевых частей заготовок или с помощью ультразвукового контроля (У З К ). Естественно, что часто без У З К внутренние раз­ рывы могут остаться невыявленнымп, особенно если раз­ меры их малы. Поэтому применение этого способа контроля важно для своевременного выявления таких

разрывов.

Внутренние разрывы второго вида образуются толь­ ко в процессе ковки круглой заготовки плп поковки, т. е. возникновение их не связано с ковкой исходной квадрат­ ной заготовки. Механизм образования таких трещин отличен от механизма образования внутренних трещин

в квадратной заготовке.

Многочисленными исследователями в производствен­ ных условиях было установлено, что внутренние про­ дольные разрывы в круглом сортовом металле, получен­ ном продольной прокаткой, не возникают. Такие разры­ вы в основном образуются при ковке на молотах и прес­ сах, а также при поперечной прокатке [25].

Ниже будет расмотрено влияние всех операций, при­ меняемых при ковке круглых заготовок и поковок, на процесс образования внутренних разрывов. Употребле­ ние термина «разрывы» обусловлено здесь тем, что образование в процессе ковки внутренних иесплошностей происходит путем отрыва (разрыва).

К образованию внутренних разрывов при ковке круг­ лых заготовок или поковок склонны все высоколегиро­ ванные стали и сплавы, имеющие повышенное значение показателей прочности и удельного давления течения и пониженное значение показателей пластичности. Наибо­ лее чувствительными к образованию таких разрывов

137

подачи может достигать величины, равной длине бойка Б г а подача — отношению Б/D.

Выше была рассмотрена схема образования внутрен­ них разрывов при ковке квадратных заготовок. Несколь­ ко иная картина наблюдается при ковке круга. В момент соприкосновения плоского бойка с круглой заготовкой образуется не контактная поверхность, а контактная линия, длина которой равна длине подачи. Поэтому практически в начале процесса ковки зоны заторможен­ ной деформации еще не возникают. При дальнейшем увеличении рабочего хода бойка происходит деформи­ рование металла заготовки, расположенного по обе сто­ роны от контактной липни и постепенно образуются контактная поверхность и зоны заторможенной дефор­ мации. В отличие от ковки квадратной заготовки при ковке круглой заготовки зоны заторможенной деформа­ ции образуются за счет объема металла, предварительно подвергнутого деформированию до распространения на него действия внешнего трепня (рис. 78 и 79). На рис. 78 показана макроструктура прокатанной круглой заготов­ ки диаметром 50 мм из хромоникелевой аустенитной ста­ ли после единичного обжатия на плоских бойках и после­ дующего отжига при температуре выше температуры рекристаллизации. В зонах заторможенной деформации после рекристаллизации образовалась крупнозернистая структура вследствие критической степени деформации. В остальных зонах сечения заготовки величина дефор­ мации была меньше критической.

При исследовании диска, вырезанного из круглого слитка хромоникелькобальтовой аустенитной стали, про­ кованного на плоских бойках, было установлено, что на­ рушение исходной литой структуры после единичного обжатия происходит также в первую очередь в зонах

139